Отсъствие на горене при системата за нагряване на тютюн

Наш основен приоритет е разработването на портфолио от продукти, за които са налице научни доказателства, че намаляват индивидуалния риск и вредата за населението в сравнение с продължителното пушене и се приемат като приемливи заместители на цигарите. От 2008 г. Филип Морис Интернешънъл (ФМИ) инвестира над 3 млрд. долара за фундаментални изследвания, свързани със заболяванията, предизвикани от пушене, за разработване на продукти и методи за измерване на намален риск, както и за оценка на въздействието на продуктите с намален риск (ПНР) за населението. ФМИ е ангажирала над 400 учени и инженери от световна класа, които работят в модерните научноизследователски центрове на компанията в Швейцария и Сингапур, както и разполага със световна мрежа от научни и технологични партньори. ФМИ е поела ангажимент за прозрачност на своите научни данни и за извършване на независима проверка на тези данни от трети страни. Подходът на ФМИ за оценка на ПНР е задълбочен, систематичен и включва няколко етапа. Описание на общия подход за научна оценка на ФМИ е публикувано в научното издание с взаимен научен контрол “Regulatory Toxicology and Pharmacology” ⁽¹⁾.

В настоящата публикация представяме кратко обобщение на някои събрани от нас посредством провеждане на поредица от строги експерименти ⁽²⁾ научни данни, които доказват отсъствие на процес на горене на тютюна при употреба на един от продуктите на ФМИ – система за нагряване на тютюн (СНТ) с технология за нагряване без горене.

Принципът на нагряване без горене и система за нагряване на тютюн (СНТ)

Научните изследвания сочат, че голямата част от вредните и потенциално вредни вещества (ВПВВ), установени в цигарения дим, се образуват от термичния разпад на тютюна при неговото горене. Нагреваемите тютюневи изделия на ФМИ са разработени така, че да генерират съдържащ никотин аерозол чрез нагряване на тютюна до температура, която е достатъчна за освобождаване на никотина и ароматите на тютюна, но е по-ниска от тази при горенето. Идеята на принципа на нагряване без горене е тютюнът да се нагрява, без да гори, което води до значително намаление на образуваните ВПВВ, като същевременно се запазва сетивното преживяване и удовлетворение за пълнолетните пушачи.

Фигура 1. Термохимични процеси като функция от температурата

Нагряването на тютюна предизвиква няколко термохимични процеси като съхнене, изпаряване, нискотемпературна пиролиза и пиролиза, както е показано на Фигура 1. За да протече процес на горене на тютюна и да започне реакция, температурата трябва да надвиши около 400 °C/752 °F3 и трябва да са налице следните три елемента: гориво, окислител (обикновено кислородът във въздуха) за горивото и източник на запалване (пламък или искра). Горенето е екзотермичен химичен процес на окисляване, който протича достатъчно бързо и образува топлина, съпътствана в повечето случаи със светлина ⁽⁴⁾.

При цигарите процесът на горене стартира при запалване на тютюна чрез източник на топлина, каквито са пламъкът от кибритена клечка или запалка. След запалването в горящия край на цигарата протича самоподдържаща се екзотермична реакция на окисляване, като температурата на тютюна достига около 600 °C/1112 °F (над 800 °C/1472 °F в горящия край при дърпане) ⁽⁵⁾. Освободената в процеса на горене топлина причинява разпад на тютюна и образува дим и пепел. Така формираният цигарен дим съдържа над 6000 химически вещества ⁽⁶⁾, някои от които са класифицирани от институциите за опазване на общественото здраве, като причинители на заболявания, свързани с пушенето като рак на белия дроб, сърдечни болести и емфизем.

СНТ работи на принципа на нагряване без горене: т.е. тютюнът се нагрява, без да гори. Както е показано на Фигура 2, СНТ е съставена от три отделни компонента, които изпълняват различни функции: (i) нов патентован тютюнев стик, произведен от истински тютюн, (ii) холдър, в който се поставя тютюневият стик и който нагрява тютюна посредством нагревател с електронен контрол на температурата и (iii) зарядно устройство, което зарежда холдъра след всяка употреба.

Фигура 2. Компоненти на СНТ

 Температура на тютюна в тютюневия стик

Нагревателят с електронен контрол в холдър ^а е програмиран за температури ^б между 320 °C/608 °F и 350 °C/662 °F (Фигура 3a) и подаването на енергия към нагревателя се прекъсва, когато температурата надвиши 350 °C/662 °F. Измерванията на температурата чрез термодвойки, поставени в тютюневия стик на различно радиално разстояние от нагревателя по време на употреба на продукта ^с, показват, че максималната температура, до която достига тютюнът в непосредствен контакт с нагревателя е 320 °C/608 °F (Фигура 3a). Това е много под температурите, при които възниква процес на горене (от над 400 °C/752 °F) ⁽³⁾. На разстояние от 0.2 мм от нагревателя температурата вече спада до под 250 °C/482 °F.

Фигура 3. Температури^д,измерени в тютюневия стик при употреба^c на (a) на различни радиални разстояния (R) от нагревателя и програмиран профил на нагревателя, и (б) на R=0.2 мм при изключен нагревател след 10-тото дръпване.

За разлика от наблюдаваното при цигара увеличение на температурата при дърпане на въздух през запалена цигара (от около 600 °C/1112 °F до около 800 °C/1472 °F) ⁽⁵⁾, температурата на тютюна в тютюневия стик пада при дръпване и навлизане на студен въздух в СНТ. Докато при цигарата протича екзотермичен самоподдържащ се процес на горене, нагряването на тютюна в СНТ води до ендотермична реакция, т.е. топлинната енергия, генерирана от нагревателя, нагрява тютюна и поддържа неговата температура. Когато нагревателят е изключен, температурата на тютюна веднага пада (както е показано на Фиг. 3b).

Експерименти в среда без кислород

СНТ е тествана във въздушна камера и в камера, пълна с азот, където отсъства един от съществените елементи за стартиране на процес на горене (кислород). Събраните концентрации на аерозола показват, че химическите маркери за горене на тютюна са статистически еквивалентни в двете среди, което доказва липсата на горене на тютюна в тютюневия стик по време на употреба ^c и потвърждава, че образуваният аерозол не е дим.

 Липса на пепел

Когато тютюневият стик се нагрява в холдера на СНТ, той не изгаря и следователно не се образува пепел, тъй като стикът запазва структурната си цялост, както е показано на Фиг. 4.

Фигура 4. Снимки на тютюнев стик и цигара преди и след употреба

Заключения

Строгите научни експерименти доказват отсъствието на горене на тютюна в тютюневия стик, когато той се нагрява в холдера на СНТ. Благодарение на контрола на температурата на нагревателя, образуваният аерозол съдържа основно вода, никотин и глицерин, които се изпаряват от тютюневия субстрат. Тъй като тютюнът се нагрява, а не гори, формираният аерозол съдържа 90 до 95% по-ниски концентрации на ВПВВ в сравнение със стандартна референтна цигара (3R4F) ^e. Остатъчните ниски концентрации на ВПВВ се дължат на нискотемпературни процеси на топлинен разпад при нагряване на тютюна. Отсъствието на горене в тютюневите стикове, когато те се използват по предназначение със СНТ холдъра, е потвърдено от научни експерти от редица страни като Италия, Полша, Япония, Великобритания и САЩ.

* Продукти с намален риск (ПНР) е термин, с който обозначаваме продуктите, които представляват, биха могли да представляват или имат потенциала да представляват намален риск за пушачите, които преминат на тях в сравнение с продължителното пушене. Ние разполагаме с широка гама от ПНР на различен стадий на развитие, научна оценка и търговска реализация. Тъй като при нашите ПНР тютюнът не гори, те образуват много по-ниски количества вредни и потенциално вредни вещества в сравнение с цигарения дим.

Публикацията е спонсорирана от Филип Морис България

Източници

1. Smith, M.R., et al. (2016). Evaluation of the Tobacco Heating System 2.2. Part 1: Description of the system and the scientific assessment program. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 81(S2): S17-S26.

2. Cozzani, V., et al., (2016). Absence of Combustion in an Electrically Heated Tobacco System - an Experimental Investigation. 21st International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis, May 9-12, Nancy, France.

3. Barontini, et al., (2013) Volatile Products Formed in the Thermal Decomposition of a Tobacco Substrate. Industrial & Engineering Chemistry Research 2013 52 (42), 14984-14997

4. National Fire Protection Association (NFPA). (2016). NFPA Glossary of Terms 2016 Edition. NFPA.

5. Baker, R.R., (1975) Temperature variation within a cigarette combustion coal during the smoking cycle; High Temperature Science 7: 236--247.

6. Rodgman, A. and Perfetti, T.A., (2013) The Chemical Components of Tobacco and Tobacco Smoke. 2nd Edition. CRC Press, Boca Raton.

^a   Енергията се подава към нагревателя в продължение на 6 минути или за 14 дръпвания, което от двете събития настъпи по-рано.

^b   Средна температура на повърхността на нагревателя

^c   Интензивен машинен режим на пушене по стандарта на Министерство на здравеопазването на Канада  (HCI) (55 мл обем на дърпане, 2 сек продължителност на дърпане, 30 сек интервал между дръпванията)

^d   Средни температури (непрекъснати черни линии) и диапазони от минимални до максимални температури от повторения за всяка позиция (оцветени зони).

^e   Средно намаление на концентрациите (тегло на стик) на отделни ВПВВ, измерени в аерозола от СНТ, в сравнение с дима от стандартна референтна цигара от 9.4 мг (3R4F). Аерозолът и димът са събрани при режим на машинно-пушене по стандартите на HCI. Изчислените намаления са без никотин.

Снимка: Кубът - центърът за научни изследвания и разработки на Филип Морис Интернешънъл